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DE ANIVERSARIO
¿Por qué los textos de química
general no cambian y siguen una
‘retórica de conclusiones’?
Mansoor Niaz*
Es un honor que el profesor Mansoor Niaz haya aceptado
escribir un artículo para este número de nuestra revista.
En él nos hace una síntesis apretada de muchas de sus
publicaciones basadas en la historia y la filosofía de la ciencia,
en las que analiza la estructura y el enfoque de los libros de
texto con los que contamos actualmente. Nos lanza una
propuesta: “Abrir un debate entre los lectores sobre la
necesidad de cambiar los textos de química y de qué manera
se pueden lograr estos cambios”. Tomamos la palabra de esta
provocación en nuestra editorial de este número. Esperamos
que se produzca la discusión que pretendemos.
El director de la revista
Abstract
The objective of this study is to present a perspective based
on the history and philosophy of science and analyze its
implications for general chemistry textbooks. Analyses of
different topics in the textbooks (atomic structure, elementary electrical charge, kinetic theory, covalent bond, laws of
combination and periodic table) showed that majority of the
textbooks do not use history and philosophy of science to
facilitate conceptual understanding. Almost all textbooks
used a structure of discourse that Schwab (1962) called ‘the
rhetoric of conclusions’ and similarly ignored the ‘heuristic
principles’ that facilitated scientific development and could
help our students to conceptualize and not memorize the
different topics. It is concluded that the presentation of
the textbooks follows very closely the empiricist tradition
and has very little to do with the nature of science that is
based on a search for different factors that influence the
construction of scientific theories.
Resumen
El objetivo de este trabajo es presentar una perspectiva
basada en la historia y filosofía de la ciencia y analizar sus
implicaciones para los textos de química general. Análisis de
los textos en los diferentes tópicos (estructura atómica, carga
eléctrica elemental, teoría cinética, enlace covalente, leyes
* Departamento de Química, Universidad de Oriente.
Apartado Postal 90, Cumaná, Estado Sucre, Venezuela 6101A.
Correo electrónico: [email protected]
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ponderales y tabla periódica) muestra que la mayoría de los
textos no utilizan la historia y la filosofía de la ciencia para
facilitar la comprensión conceptual. Casi todos los textos
utilizan una estructura del discurso, que Schwab (1962) llamó
‘la retórica de conclusiones’ y asimismo ignoran los ‘principios heurísticos’ que facilitaron el desarrollo científico y
podrían ayudar a los estudiantes a conceptuar y no memo rizar los diferentes tópicos. Se concluye que la presentación
de los textos es muy ceñida a la tradición empirista y tie ne
poco que ver con la naturaleza de la ciencia que se basa en la
búsqueda de los diferentes factores que inciden en la cons trucción de las teorías científicas.
Introducción
El objetivo primordial de los cursos introductorios universitarios (incluyendo química) debe ser la creación de un
ambiente que propicie la motivación y el interés de los
estudiantes por un lado y a la vez facilite la comprensión
conceptual. No es muy difícil de imaginar que muy pocos
cursos logran estos objetivos. Desde hace varios años ( Educación Química ya cumplió 15 años) se vienen realizando
investigaciones para mejorar la enseñanza de la química a
nivel secundario y universitario. No obstante, pocos docen tes se han interesado en implementar estas investigaciones
en sus salones de clase. En investigaciones recientes, hemos
encontrado que no sólo los docentes sino que los textos de
química general tampoco son muy receptivos a los nuevos
cambios que ha sugerido la investigación. El objetivo de
este trabajo es de presentar una perspectiva basada en la
historia y la filosofía de la ciencia y analizar sus implicaciones
para los textos de química general.
Una perspectiva basada en la historia
y filosofía de la ciencia
Es interesante señalar que el filósofo positivista y químico-físico Wilhelm Ostwald (1853-1932), fue quizás el primero en
el siglo XX, en hacer énfasis en la importancia de la historia
y la filosofía de la ciencia para los libros de texto (Ostwald,
1908, reproducido en Hauser, 1951, p. 492). Desde entonces
numerosos autores han propiciado la inclusión de la historia
de la ciencia en la enseñanza de la ciencia y sobre todo en
los textos (Reinmuth, 1932; Brush, 1978; Siegel, 1978; Kauff man, 1989; Matthews, 1994; Jensen, 1998; Moore, 1998).
Uno de los aspectos importantes de la historia y la filosofía
Educación Química 16[3]
DE ANIVERSARIO
de la ciencia está en cómo conceptuar la naturaleza de la
ciencia, y en los actuales momentos sigue habiendo un
considerable debate a este respecto (Galison, 1997; Cartwright, 1999; Giere, 1999, 2003; Koertge, 2000; van Fraassen,
2000; Hanna, 2004). Sin embargo, una revisión de la literatura reciente (McComas et al., 1998; Smith y Scharman,
1999; Niaz, 2001a) en la educación en ciencia muestra que
puede lograrse cierto grado de consenso, basándose en los
siguientes aspectos:
quiere decir que muchos autores de textos tratan de presentar lo tentativo como definitivo, sin explicar cómo se llegó a
determinadas conclusiones bajo ciertas premisas, interpretaciones y evidencias. Así que, en lugar de convencer al
estudiante con argumentos, los textos simplemente les presentan la opinión de alguna autoridad científica, para concluir: ‘todo el mundo cree que ésta es la verdad’. Ante esta
disyuntiva los estudiantes tienen pocas alternativas y en
general terminan memorizando el contenido.
1. Las teorías científicas son tentativas.
2. Las teorías no se convierten en leyes aun con evidencia
empírica adicional.
3. Toda observación está impregnada de una teoría.
4. La ciencia es objetiva, sólo en cierto contexto del desarrollo científico.
5. La objetividad en las ciencias proviene de un proceso
social de validación competitivo, por la evaluación crítica de los pares.
6. La ciencia no se caracteriza por su objetividad, sino por
su carácter progresivo —cambios progresivos de problemática (Lakatos, 1970).
7. El progreso científico está caracterizado por conflictos,
competencias, inconsistencias y controversias entre teorías rivales.
8. Los científicos pueden interpretar los mismos datos
experimentales en más de una forma.
9. Muchas de las leyes científicas son irrelevantes y en el
mejor de los casos son idealizaciones.
10. No hay un método científico universal que indique los
pasos a seguir.
Los experimentos de rayos catódicos de J.J. Thomson
En esta sección vamos a tomar los experimentos de rayos
catódicos (Thomson, 1897), como ejemplo y analizar la
presentación de estos experimentos en los siguientes cinco
textos de química general, publicado durante un periodo de
varias décadas:
Es importante resaltar que los consensos, así como las teorías,
en la ciencia son tentativos y cada uno de estos aspectos se
sigue analizando y discutiendo en el ámbito de la filosofía de
la ciencia. Schwab (1962) ha sugerido la incorporación de
muchos de los aspectos de la naturaleza de la ciencia dentro
del salón de clases y los textos. Él estableció una distinción
importante entre los aspectos metodológicos (datos empíri cos) e interpretativos (principios heurísticos) del conocimiento científico. En otras palabras, el desarrollo científico no
depende sólo de los experimentos (datos empíricos), tal
como se cree y se enseña en la escuela, sino de la interpre tación de los datos a través de los principios heurísticos. Estas
interpretaciones inevitablemente generan controversias y
polémicas. La concepción de Schwab con respecto al desa rrollo científico se asemeja mucho a lo que los filósofos han
llamado presuposiciones (Lakatos, 1970; Holton, 1978; Laudan, Laudan y Donovan, 1988; Giere, 1999). Otro aporte de
Schwab (1962, p. 24) es con respecto a lo que él llamó, ‘ la
retórica de conclusiones ’, como una estructura del discurso,
Julio de 2005
La significación de estas investigaciones [rayos catódicos] consiste en que los ‘corpúsculos’, tal como los llamó
Sir J.J. Thomson, fueron obtenidos libres del estorbo de
los átomos y fueron reconocidos como unidades de elec tricidad negativa: en efecto, eran los electrones de Sto ney (Caven y Lander, 1939, p. 44).
Sir J.J. Thomson (1856-1940), un científico inglés, demostró que los rayos catódicos se desviaban hacia un
electrodo con carga positiva, indicando que las partículas tenían carga negativa. En vista de que los rayos
catódicos se originaban desde los átomos de cualquier
elemento utilizado como el cátodo, era lógico concluir
que las partículas eran constituyentes elementales de
todos los átomos (Frey, 1965, p. 30).
En 1897, J.J. Thomson determinó por primera vez la
naturaleza de los rayos catódicos; demostró que estaban
constituidos por partículas muy pequeñas cargadas ne gativamente que se movían a grandes velocidades. En
sus estudios Thomson sometió estos rayos catódicos a la
acción de campos eléctricos y magnéticos (ver figura
1.4). Experimento en el que se ve que el rayo electrónico
posee carga negativa, obsérvese la posición del rayo en
un campo eléctrico (Serrano y Zanella, 1987, p. 13).
Un físico en Inglaterra llamado J.J. Thomson mostró …
que los átomos de cualquier elemento se les puede hacer
emitir pequeñas partículas negativas. (Él sabía que ellas
tenían carga negativa por el hecho de que pudo demostrar que las partículas fueron repelidas por la parte
negativa de un campo eléctrico). Por lo tanto, el concluyó que todo los tipos de átomos deben contener partículas negativas, que hoy día se llaman electrones (Zumdahl, 1990, p. 97).
411
DE ANIVERSARIO
En 1897 Thomson utilizó un tubo de rayos catódicos
especialmente diseñado, para aplicar simultáneamente
campos eléctricos y magnéticos a un haz de rayos catódicos. Al balancear los campos eléctricos y magnéticos
y utilizando las leyes básicas de la electricidad y magnetis mo, Thomson calculó el cociente de la masa y carga de los
electrones en el haz de rayos catódicos: 5.60 × 10–9 gramos
por culombio (Moore, Stanitski y Jurs, 2002, p. 43).
los estudios que hemos realizado se asemeja mucho al ejemplo presentado en la sección anterior, lo que quiere decir que
por un lado, ignoran los ‘principios heurísticos’ y por otro
tratan de ‘distorsionar’ los hechos históricos al utilizar la
‘retórica de conclusiones’. A continuación se presenta un
breve resumen de los diferentes estudios que hemos realizado (todos los textos analizados fueron publicados en los
Estados Unidos, a menos que se indique lo contrario):
Es importante notar que este recorrido histórico (19392002) presenta una muestra bastante representativa de los
textos de química general que hemos analizados en varios
estudios. Aquí, es pertinente hacer las siguientes acotaciones:
Estructura atómica
Los modelos atómicos de Thomson, Rutherford y Bohr ya
no son válidos y aún así constituyen una parte importante de
los textos de química general en casi todos los países. Esto
precisamente se convierte en un dilema —buena parte de los
cursos/textos de química general tratan la historia de la
química y a la vez se ignora el hecho que toda historia es una
interpretación basada en alguna escuela filosófica—. La corriente filosófica que domina en casi todos los textos es la del
empirismo (resaltar la parte experimental) y se ubica dentro
del positivismo. En un estudio basado en 23 textos de
química general (Niaz, 1998), publicados entre 1970-1992, se
encontró que ninguno de los textos presentó los modelos
atómicos ajustándose completamente a la perspectiva basada en la historia y la filosofía de la ciencia ( HFC). En un
estudio posterior (Rodríguez y Niaz, 2002) se analizaron los
textos publicados entre 1929-1967, y se encontraron resulta dos muy parecidos. Recientemente, Páez, Rodríguez y Niaz
(2004) encontraron que los textos de química utilizados en
la educación secundaria venezolana siguen a los textos uni versitarios como patrón. En este contexto, es interesante
señalar que los textos de física general también siguen el
mismo patrón (cf. Rodríguez y Niaz, 2004a). No obstante, un
texto de física (Cooper, 1970) presentó los modelos atómicos
ajustándose a la HFC, y puede constituir un buen ejemplo
para los futuros autores de textos.
a. Cuatro de los cinco textos fueron publicado por editoriales de prestigio internacional;
b. Uno de los textos (Serrano y Zanella, 1987) es de educa ción secundaria enVenezuela y demuestra hasta qué
grado los textos de este nivel siguen como un patrón los
textos universitarios;
c. Uno de los textos (Moore et al., 2002) hace referencia a
la determinación del cociente de la masa y carga de los
electrones en el haz de rayos catódicos. No obstante, se
ignora por completo el hecho de que lo importante para
Thomson (1897) era no sólo la determinación del cociente, sino el conocimiento de que al utilizar diferentes gases
el valor del cociente permanecía constante o no. Este
conocimiento, de acuerdo con Schwab, precisamente
constituye el ‘principio heurístico’ del científico, que lo
puede guiar en la interpretación de los datos experimentales.
d. Los cinco ejemplos citados arriba constituyen lo que
Schwab consideró una ‘retórica de conclusiones’. Aquí analizamos en particular la presentación de Zumdahl
(1990): ‘Las partículas fueron repelidas por la parte
negativa de un campo eléctrico’ lleva al autor a concluir
que, ‘todos los tipos de átomos deben contener partículas negativas’. En otras palabras, no hay ningún esfuerzo
para conectar la observación experimental con la conclusión. En la ausencia de un argumento lógico (principio
heurístico) para conectar las dos, los estudiantes simplemente aceptan la autoridad del científico y memorizan
la información.
Los textos de química general:
Una perspectiva basada en la historia
y la filosofía de la ciencia
Los textos de química general se dedican a presentar centenares de experimentos, y eso quizá refleja un rasgo muy
importante de lo que es la química. No obstante, lo que no
es comprensible es que la presentación de los textos en todos
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Determinación de la carga eléctrica elemental
(el electrón)
La determinación de la carga del electrón por R.A. Millikan,
a través del experimento de la gota de aceite, es un buen
ejemplo de que los experimentos son importantes, pero sus
interpretaciones lo son, aún más. Mucho de los textos seña lan que a través de un experimento preciso y ‘bello’ Millikan
determinó la carga del electrón. Casi todos los textos (Niaz,
2000a) ignoran que existió una fuerte controversia entre
Millikan (Universidad de Chicago) y F. Ehrenhaft (Universidad de Viena) que se mantuvo durante varios años (191025).Tanto Millikan como Ehrenhaft obtuvieron resultados
experimentales similares y a pesar de esto, Millikan postuló
la existencia de la carga eléctrica fundamental (electrón)
mientras que, por el contrario, Ehrenhaft postuló la exisEducación Química 16[3]
DE ANIVERSARIO
tencia de cargas fraccionales (sub-electrons). Éste es el clásico
ejemplo de cómo un mismo experimento realizado por
diferentes científicos produciendo resultados similares, da
lugar a interpretaciones distintas. La controversia se aclaró
un poco cuando, después de muchos años, Holton (1978)
revisó los cuadernos originales de Millikan (conservados en
CALTECH, Pasadena) y encontró que en algunos casos fue ron desechados datos basados sobre casi 59% de las gotas
estudiadas, para poder ajustar el valor de la carga elemental
a las presuposiciones de Millikan.
En este contexto surge una interrogante: ¿Cómo presentarían el experimento de la gota de aceite los textos de física
general? Nuestro trabajo (Rodríguez y Niaz, 2004b) mostró
que los textos de física, igual que los de química, simplemen te ignoran no sólo la controversia con Ehrenhaft sino las
dificultades enfrentadas en la realización del experimento.
Nuestra inquietud sobre este tema nos llevó a analizar los
textos avanzados de química física y los resultados (Niaz y
Rodríguez, 2005) de nuevo muestran que el tratamiento del
experimento es muy similar a los textos de química general.
Esto genera una interrogante: ¿Cuándo es que un profesional
de química se entera de la manera como se desarrolló su
disciplina? Parece que estos aspectos no son necesarios para
graduarse de químico. En otras palabras, nuestros profesionales tienen una visión muy limitada de su profesión. Es
interesante notar que el experimento de la gota de aceite
sigue siendo un tema de discusión en la literatura de la
filosofía de la ciencia (Niaz, 2005).
Teoría cinética
Éste es otro tema para cuya presentación en los textos se
requiere de los antecedentes históricos. Dada la importancia
de las suposiciones para sustentar el marco teórico, como
una metodología para ayudar a los científicos a construir una
serie de teorías sucesivas, merece señalarse que de los 22
textos de química general analizados,17 simplemente men cionan en una palabra que los postulados de Maxwell fueron
suposiciones, mientras que sólo tres textos describen satis factoriamente las suposiciones que guiaron a Maxwell (Niaz,
2000b). Asimismo, 19 textos ignoraron los antecedentes
históricos que dieron lugar a la rivalidad entre los programas
de investigación de la teoría cinética y la termodinámica
química. De nuevo, es importante notar que los textos de
física general no son muy diferentes (Rodríguez y Niaz,
2004c).
Enlace covalente
La idea de compartir electrones (enlace covalente), produjo
grandes dificultades conceptuales para los científicos, en
vista de que tuvo que competir con el paradigma dominante
del enlace iónico, avalado por J.J. Thomson. Lewis (1916) fue
Julio de 2005
el primero en postular un modelo satisfactorio del enlace
covalente, basado en el átomo cúbico. Posteriormente, Lewis
reconoce que la estructura cúbica no puede representar el
triple enlace y sugiere reemplazarlo por el átomo tetraédrico.
La rivalidad entre los seguidores del enlace iónico (paradigma dominante) y el enlace covalente (paradigma emergente)
duró hasta alrededor de 1920. El origen controversial del
enlace covalente y su rivalidad con el enlace iónico ofrece
una buena oportunidad para ilustrar cómo el progreso científico está basado en controversias y resulta muy difícil
cambiar las teorías o formas de pensamiento ya establecidas,
y que las teorías científicas son tentativas. De los 27 textos
de química general analizados, casi todos ignoran estos
aspectos del origen del enlace covalente (Niaz, 2001b). En
lugar de facilitar la comprensión conceptual, la mayoría de
los textos tratan de simplificar el tópico al presentar reglas
para escribir los diagramas de Lewis para enlaces covalentes,
que son memorizadas por los estudiantes. Un trabajo reciente discute los antecedentes históricos del concepto de valencia y sus implicaciones para los textos de química (Chamizo
y Gutiérrez, 2004).
Las leyes ponderales de las proporciones
definidas y múltiples
Contrariamente a la tesis de los empiristas, la ley de propor ciones múltiples no fue inducida a partir de datos experimentales, sino derivada de la teoría atómica de Dalton. La
mayoría de los textos de química general no presentan las
leyes de las proporciones definidas y múltiples desde una
perspectiva de la historia y la filosofía de la ciencia, ignorando el origen histórico y controversial de estas leyes (Niaz,
2001c). De nuevo se encontró que los textos de química de
nivel secundario en Venezuela siguen a los textos universita rios como un patrón (Páez, Rodríguez y Niaz, 2002).
La tabla periódica
El estudio de la tabla periódica es quizás el mejor ejemplo
de que la historia de la química juega un papel crucial en su
enseñanza. Muchos de los estudiantes habrá reflexionado
con respecto al origen de la tabla periódica y cómo un simple
arreglo de los elementos en orden ascendente de su masa
atómica pudo arrojar resultados tan importantes. Los textos,
en general, tratan de conceptuar la tabla periódica como una
generalización inductiva y que Mendeleev carecía de un
marco teórico, y por lo tanto, el desarrollo de la tabla fue un
hecho fortuito. Un estudio (Brito, Rodríguez y Niaz, 2005)
reciente concluyó que la inclusión de los siguientes aspectos
en los textos puede facilitar mayor comprensión conceptual
de los estudiantes:
a) La importancia de la acomodación de los elementos en
la tabla periódica;
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DE ANIVERSARIO
b) El papel de las predicciones como una evidencia para
apoyar la ley periódica;
c) La importancia relativa de la acomodación y predicción
en el desarrollo de la tabla;
d) Cómo el marco teórico de Mendeleev facilitó la corrección de las masas atómicas;
e) Explicación de la periodicidad en la tabla se debe a la
teoría atómica;
f) Discusión de la naturaleza de la contribución de Mendeleev: ¿teoría o una ley empírica?
g) Desarrollo de la tabla periódica como una secuencia
progresiva de principios heurísticos: Teoría atómica de
Dalton → acumulación de datos con respecto a los
elementos y sus propiedades → Primeros intentos de
elaborar la tabla comenzando con Döbereiner en 1817
→ La primera tabla de Mendeleev en 186 → Descubrimiento del argón y su ubicación en la tabla en 1895 →
Contribuciones de Moseley en 1913 para utilizar el
número atómico como base de la tabla.
Conclusión
Un análisis de los textos de química general en los diferentes
tópicos (estructura atómica, carga eléctrica elemental, teoría
cinética, enlace covalente, leyes ponderales y tabla periódi ca) muestra que la mayoría de los textos no utilizan la historia
y la filosofía de la ciencia para facilitar la comprensión
conceptual. Casi todos los textos utilizan una estructura del
discurso, que Schwab (1962) llamó ‘la retórica de conclusiones’. Es importante notar que dos editores de la revista
Journal of Chemical Education (Reinmuth, 1932; Moore, 1998)
han reconocido la importancia de la historia de la química
en términos muy parecidos. No obstante, hay un periodo de
66 años entre los dos editoriales y mientras tanto los textos
han seguido con la retórica tradicional.
Los textos ignoran los ‘principios heurísticos’ que facilitaron el desarrollo científico y, en cierta medida, podrían
ayudar a los estudiantes a conceptuar y no memorizar los
diferentes tópicos. Dado el estado actual de nuestros textos,
no es sorprendente que la química sea percibida como una
asignatura difícil. El hecho de que los textos a nivel secundario siguen a los textos universitarios como patrón, hace
que el problema sea aún más complejo.
En este contexto sería interesante abordar la interrogante, ¿por qué los textos no cambian y siguen con la retórica
de conclusiones? La respuesta no es fácil y tampoco es
nuestra pretensión conocer por completo la compleja realidad que nos rodea. No obstante, dada la importancia del
tema es bueno abrir una discusión. En nuestra opinión, tanto
los docentes como los autores de los textos enseñan la
química tal como ellos la estudiaron. Esta enseñanza es muy
ceñida a la tradición empirista y tiene muy poco que ver con
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la naturaleza de la ciencia (esbozada al comienzo de este
trabajo) que se basa en la búsqueda de los diferentes factores
que inciden en la construcción de las teorías científicas. La
perspectiva basada en la historia y la filosofía de la ciencia
trata de ceñirse a los hechos históricos (incluyendo interpre taciones contrarias), siendo por lo tanto una expresión más
fidedigna del desarrollo científico. Al contrario, la perspec tiva de los textos de ciencias (incluyendo química), muchas
veces llega a ‘distorsionar’ estos hechos.
Finalmente, le sugiero al Director de Educación Química
abrir un debate entre los lectores, si le parece pertinente,
sobre la necesidad de cambiar los textos de química y de qué
manera se pueden lograr estos cambios.
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